用于I/Q减损校正的机制、以及利用偏移本地振荡器的发送器减损测量制造技术

本发明专利技术描述了用于减少通信设备中I/Q减损的机制。发送器在把数字I/Q信号转换成模拟I/Q信号之前对数字I/Q信号执行预校正，以预补偿I/Q减损，该I/Q减损随后将在数模转换、I/Q调制或为了产生传输信号而发生的其它处理过程中引入。接收器接收传输信号、根据该传输信号产生数字I/Q信号并且对数字I/Q信号执行滤波，以在多个频率偏移量处校正I/Q减损。此外，还公开了用于测量发送器和/或接收器I/Q减损的机制，包括利用共享的本地振荡器或者利用故意偏移的本地振荡器测量发送器I/Q减损的迭代方法，以及测量接收器I/Q减损的方法。还公开了用于根据采样了的复信号计算I/Q减损、用于计算发送器和接收器之间信号路径的DC属性以及用于通过线性系统变换I/Q减损的方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于I /Q减损校正的机制、以及利用偏移本地振荡器的发送器减损测量
本专利技术涉及信号处理领域，并且更具体而言，涉及用于接收设备或发送设备中I/Q减损(impairment)的测量和校正的系统和方法。
技术介绍
发送器接收复数数字信号I (n)+jQ(n)、把该复数数字信号转换成模拟信号I(t)+jQ(t)，并且利用I/Q调制器上变频该模拟信号。上变频了的信号被发送到信道上。理想地，提供给I/Q调制器的纯复指数音调(tone)将导致纯音调被发送。但是，在现实当中，发送器中的I/Q减损将造成I信道和Q信道具有不同的增益和不同的相移。除其它之夕卜，这种失真暗示所发送的信号将在等于音调频率的负数的频率具有不期望的能量。依赖于通信标准，这种不期望的“镜像”导致星座图(constellat1n diagram)或人工噪声基底(artificial noise floor)上的潜在歪曲。接收器具有类似的问题。当接收器通过在频率f下的纯音频被刺激时，除了在频率f下的能量，在接收器的I/Q解调器的输出出现的复信号还将包括处于频率的不期望的信号能量。在这两种情况下(发送器和接收器)，都由于I信道和Q信号之间增益和相位的不平衡而造成困难。因而，存在对能够校正发送器和/或接收器中的I/Q减损的机制的需求。此外，为了实现对I/Q减损的高质量校正,需要可以利用I/Q减损的高质量测量。但是，质量测量可能难以获得。例如，测量发送器的I/Q减损涉及指引发送器向接收器发送信号。接收器基于其接收到的信号估计发送器的I/Q减损。但是，接收器的I/Q解调器用它自身的I/Q减损破坏该估计。此外，发送器的I/Q调制器和接收器的I/Q解调器之间的信号路径也对该估计引入失真。因而，存在对如下机制的需求:能够估计或测量发送器和/或接收器的1/0减损的机制、能够准确测量采样信号中暗示的I/Q减损的机制、能够确定信号路径的属性的机制以及能够预测I/Q减损如何被诸如信号路径的系统变换的机制。
技术实现思路
除其它之外，本专利公开了能够补偿发送器和/或接收器中的I/Q减损的机制。用来执行补偿的参数是基于I/Q减损的测量值或估计值来计算的。例如，用来补偿发送器(或接收器)的I/Q减损的参数是基于那些减损的测量值或估计值来计算的。任何已知的技术都可以用来测量或估计发送器或接收器、或者发送器和接收器的串联组合的I/Q减损，包括但不限于本文所公开的技术。在一种实施例中，用于补偿接收器的I/Q减损的系统及方法可以涉及以下操作。从发送介质接收模拟输入信号。对模拟输入信号执行I/Q解调，以产生模拟同相(I)信号和模拟正交(Q)信号。然后，模拟I信号和模拟Q信号被数字化，以分别产生数字I信号和数字Q信号。数字I信号和数字Q信号根据数字滤波器的2x2矩阵来滤波，以产生滤波了的数字I信号和滤波了的数字Q信号。(滤波可以在诸如FGPA的可编程硬件元件或者在诸如ASIC的专用数字电路中或者在处理器上的软件中执行，等等。)数字滤波器的2x2矩阵至少部分地补偿在一个频率范围内的接收器的I/Q减损。该2x2矩阵的至少一个对角分量的频率响应是基于作为频率的函数的I/Q减损的测量和作为频率的负数的函数的测量来计算的。(接收器的I/Q减损的测量可以由任何已知的方法获得。本文档描述用于获得这种测量的多种方法。)此外，该2x2矩阵的至少一个非对角分量的频率响应是基于作为频率的函数的测量和作为频率的负数的函数的测量来计算的。在有些实施例中，可以假设接收器在正频率之上的I/Q减损和接收器在负频率之上的I/Q减损是函数相关的。(A)在一种这样的实施例中，2x2矩阵的频率响应可以如下计算。在任意频率f下的2x2矩阵的至少一个对角分量的频率响应可以仅基于在频率f下的I/Q减损的测量(或者作为替代，仅基于在频率-f下的I/Q减损的测量)来计算。此外，在频率f下的2x2矩阵的至少一个非对角分量的频率响应可以仅基于在频率f下的I/Q减损的测量(或者作为替代，仅基于在频率下的I/Q减损的测量)来计算。(B)在另一种这样的实施例中，假设增益不平衡是偶数并且假设相位歪斜是奇数。于是，2x2矩阵的两个非对角分量都可以设置成零；其中一个对角分量可以对应于纯直通滤波器(S卩，单位频率响应)；并且在任意频率f下的另一个对角分量的频率响应可以仅基于在频率f下的I/Q减损的测量(或者作为替代，仅基于在频率-f下的I/Q减损的测量)来计算。(C)在另一种这样的实施例中，2x2矩阵的两个对角分量都可以对应于纯直通滤波器；其中一个非对角分量可以设置成零；并且在任意频率f下的另一个非对角分量的频率响应可以仅基于在频率f下的I/Q减损的测量(或者作为替代，仅基于在频率下的I/Q减损的测量)来计算。在另一种实施例中，用于把接收器配置为至少部分地补偿接收器的I/Q减损的系统及方法可以涉及以下操作。接收在一个频带上的接收器的I/Q减损的测量(或者从存储器访问)。基于该测量，计算数字滤波器的2x2矩阵。计算数字滤波器的2x2矩阵，以对在该频带上的接收器的I/Q减损实现至少部分补偿。2x2矩阵的至少一个对角分量的频率响应是基于作为频率的函数的测量和作为频率的负数的函数的测量来计算的。此外，2x2矩阵的至少一个非对角分量的频率响应是基于作为频率的函数的测量和作为频率的负数的函数的测量来计算的。然后，数字电路被编程以实现数字滤波器的2x2矩阵。当这样编程时，数字电路配置为至少部分地补偿在该频带上的接收器的I/Q减损。数字电路可以按多种形式中任意一种实现。例如，数字电路可以由可编程硬件元件、或者由诸如ASIC的专用数字电路、或者由处理器响应于程序指令的执行来实现。(数字电路可以被并入作为接收器的一部分、或者作为另一个系统(例如主计算机或控制器板)的一部分)。在另一种实施例中，用于操作发送器从而实现I/Q减损补偿的系统及方法可以涉及以下操作。接收数字同相(I)信号和数字正交(Q)信号。数字I信号和数字Q信号根据数字滤波器的2x2矩阵来滤波，以产生滤波了的数字I信号和滤波了的数字Q信号。数字滤波器的2x2矩阵至少部分地预补偿在一个频率范围内的发送器的I/Q减损。2x2矩阵的至少一个对角分量的频率响应是基于作为频率的函数的I/Q减损的测量和作为频率的负数的函数的测量来计算的。(发送器的I/Q减损的测量可以由任何已知的方法获得。本文档描述用于获得这种测量的多种方法。)而且，2x2矩阵的至少一个非对角分量的频率响应是基于作为频率的函数的测量和作为频率的负数的函数的测量来计算的。然后，滤波了的数字I信号和数字Q信号被转换成模拟形式，以便获得相应的模拟I信号和模拟Q信号。I/Q调制可以对模拟I信号和模拟Q信号执行，以产生调制了的模拟信号。在有些实施例中，可以假设发送器在正频率上的I/Q减损和发送器在负频率上的I/Q减损是函数相关的。(A)在一种这样的实施例中，数字滤波器的2x2矩阵的计算可以如下简化。在该频率范围内的任意频率f下的2x2矩阵的至少一个对角分量的频率响应可以仅基于在频率f下的I/Q减损的测量(或者作为替代，仅基于在频率下的I/Q减损的测量)来计算。此外，在频率f下的2x2矩阵的至少一个非对角分量的频率响应可以仅基于在频率f下的I/Q减损的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于补偿接收器的I/Q减损的方法，所述方法包括：接收模拟输入信号；对模拟输入信号执行I/Q解调，以产生模拟同相(I)信号和模拟正交(Q)信号；对模拟I信号和模拟Q信号进行数字化，以分别产生数字I信号和数字Q信号；根据数字滤波器的2x2矩阵来对数字I信号和数字Q信号进行滤波，以产生滤波了的数字I信号和滤波了的数字Q信号，其中数字滤波器的2x2矩阵至少部分地补偿在一个频率范围内接收器的I/Q减损，其中，该2x2矩阵的至少一个对角分量的频率响应是基于作为频率的函数的I/Q减损的测量和作为频率的负数的函数的I/Q减损的测量来计算的，其中该2x2矩阵的至少一个非对角分量的频率响应是基于作为频率的函数的I/Q减损的测量和作为频率的负数的函数的I/Q减损的测量来计算的。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.02.24 US 13/404,896;2012.02.24 US 13/404,8511.一种用于补偿接收器的I/Q减损的方法，所述方法包括: 接收模拟输入信号； 对模拟输入信号执行I/Q解调，以产生模拟同相(I)信号和模拟正交(Q)信号； 对模拟I信号和模拟Q信号进行数字化，以分别产生数字I信号和数字Q信号； 根据数字滤波器的2x2矩阵来对数字I信号和数字Q信号进行滤波，以产生滤波了的数字I信号和滤波了的数字Q信号，其中 数字滤波器的2x2矩阵至少部分地补偿在一个频率范围内接收器的I/Q减损，其中，该2x2矩阵的至少一个对角分量的频率响应是基于作为频率的函数的I/Q减损的测量和作为频率的负数的函数的I/Q减损的测量来计算的，其中该2x2矩阵的至少一个非对角分量的频率响应是基于作为频率的函数的I/Q减损的测量和作为频率的负数的函数的I/Q减损的测量来计算的。2.如权利要求1所述的方法，其中滤波了的数字I信号和滤波了的数字Q信号能用来恢复信息位流。3.如权利要求2所述的方法，还包括通过对滤波了的数字I信号和滤波了的数字Q信号执行符号解调来恢复信息位流。4.如权利要求1所述的方法，其中接收器包括数字化器，其中该数字化器执行所述数字化和所述滤波，其中模拟I信号的振幅和滤波了的数字I信号的振幅之间的关系被校准到已知的标准，其中模拟Q信号的振幅和滤波了的数字Q信号的振幅之间的关系被校准到该已知的标准。5.如权利要求1所述的方法，其中接收器是测试仪器，其中模拟输入信号是响应于通过发送器传输发送信号到通信介质上而生成的，其中接收器的I/Q减损的测量不包括发送器的I/Q减损。6.如权利要求1所述的方法，其中所述滤波是在可编程硬件元件或专用集成电路(ASIC)中执行的。7.如权利要求1所述的方法，其中所述滤波是由处理器响应于程序指令的执行而执行的。8.如权利要求1所述的方法，其中该2x2矩阵的一个对角分量是离散时间单位脉冲函数。9.如权利要求1所述的方法，其中该2x2矩阵的另一个非对角分量恒等于零。10.一种用于补偿接收器的I/Q减损的方法，该方法包括: 接收模拟输入信号； 对模拟输入信号执行I/Q解调，以产生模拟同相(I)信号和模拟正交(Q)信号； 对模拟I信号和模拟Q信号进行数字化，以分别产生数字I信号和数字Q信号； 根据数字滤波器的2x2矩阵对数字I信号和数字Q信号进行滤波，以产生滤波了的数字I信号和滤波了的数字Q信号，其中数字滤波器的2x2矩阵至少部分地补偿在一个频率范围内接收器的I/Q减损，其中，该2x2矩阵的一个对角分量在该频率范围内的任意频率f下的频率响应是仅基于在频率f下的I/Q减损的测量或者仅基于在频率下的I/Q减损的测量来计算的，其中该2x2矩阵的一个非对角分量在频率f下的频率响应是仅基于在频率f下的I/Q减损的测量或者仅基于在频率下的I/Q减损的测量来计算的。11.如权利要求10所述的方法，其中在频率f下的I/Q减损和在频率下的I/Q减损被约束成使得在f下的I/Q减损由在_f下的I/Q减损确定，或者使得在频率下的I/Q减损由在f下的I/Q减损确定。12.如权利要求11所述的方法，其中I/Q减损包括增益不平衡和相位歪斜，其中在频率f下的增益不平衡和在频率下的增益不平衡被约束成相等，其中在频率f下的相位歪斜和在频率下的相位歪斜被约束成是彼此的负数。13.如权利要求11所述的方法，其中I/Q减损包括增益不平衡和相位歪斜，其中在频率f下的增益不平衡和在频率下的增益不平衡被约束成相等，其中在频率f下的相位歪斜和在频率下的相位歪斜被约束成相等。14.一种接收器,包括: I/Q解调器，配置为接收模拟输入信号，并且对模拟输入信号执行I/Q解调，以产生模拟同相(I)信号和模拟正交(Q)信号； 数字化单元，配置为对模拟I信号和模拟Q信号进行数字化，以分别产生数字I信号和数字Q信号； 数字电路，配置为根据数字滤波器的2x2矩阵对数字I信号和数字Q信号进行滤波，以产生滤波了的数字I信号和滤波了的数字Q信号，其中数字滤波器的2x2矩阵配置为至少部分地补偿在一个频率范围内的接收器的I/Q减损，其中该2x2矩阵的至少一个对角分量的频率响应是基于作为频率的函数的I/Q减损的测量和作为频率的负数的函数的I/Q减损的测量来计算的，其中该2x2矩阵的至少一个非对角分量的频率响应是基于作为频率的函数的I/Q减损的测量 和作为频率的负数的函数的I/Q减损的测量来计算的。15.如权利要求14所述的接收器，其中滤波了的数字I信号和滤波了的数字Q信号能用来恢复信息位流。16.如权利要求15所述的接收器，还包括: 用于通过对滤波了的数字I信号和滤波了的数字Q信号执行符号解调来恢复信息位流的装置。17.如权利要求14所述的接收器，其中接收器是测试仪器，其中模拟输入信号是响应于通过发送器传输发送信号而生成的，其中接收器的I/Q减损的测量不包括发送器的I/Q减损。18.如权利要求14所述的接收器，其中数字电路是可编程硬件元件或专用集成电路(ASIC)。19.如权利要求14所述的接收器，其中数字电路是配置为响应于程序指令的执行而执行所述滤波的处理器。20.一种用于把接收器配置为至少部分地补偿接收器的I/Q减损的计算机实现的方法，该方法包括: 接收在一个频带上的发送器的I/Q减损的测量，其中接收器包括I/Q解调器、一对模数转换器(ADC)、以及数字电路，其中I/Q解调器配置为根据模拟输入信号生成模拟I信号和模拟Q信号，其中ADC配置为对模拟I信号和模拟Q信号进行采样，以分别获得数字I信号和数字Q信号，其中数字电路配置为对数字I信号和数字Q信号进行滤波，以分别获得滤波了的数字I信号和数字Q信号； 基于该测量计算数字滤波器的2x2矩阵，其中计算数字滤波器的2x2矩阵，以对在该频带上的接收器的I/Q减损实现至少部分补偿，其中该2x2矩阵的至少一个对角分量的频率响应是基于作为频率的函数的测量和作为频率的负数的函数的测量来计算的，其中该2x2矩阵的至少一个非对角分量的频率响应是基于作为频率的函数的测量和作为频率的负数的函数的测量来计算的； 对数字电路进行编程，以实现数字滤波器的2x2矩阵，其中，数字电路当这样被编程时，被配置为至少部分地补偿在该频带上的接收器的I/Q减损。21.如权利要求20所述的方法，其中数字电路是可编程硬件元件或专用集成电路(ASIC)。22.一种用于把接收器配置为至少部分地补偿接收器的I/Q减损的计算机系统，该计算机系统包括: 处理器 '及 存储程序指令的存储器，其中程序指令当被处理器执行时，使处理器: 接收在一个频带上的接收器的I/Q减损的测量，其中接收器包括I/Q解调器、一对模数转换器(ADC)、以及数字电路，其中I/Q解调器配置为根据模拟输入信号生成模拟I信号和模拟Q信号，其中ADC配置为对模拟I信号和模拟Q信号进行采样，以分别获得数字I信号和数字Q信号，其中数 字电路配置为对数字I信号和数字Q信号进行滤波，以分别获得滤波了的数字I信号和数字Q信号； 基于该测量计算数字滤波器的2x2矩阵，其中计算数字滤波器的2x2矩阵，以对在该频带上的接收器的I/Q减损实现至少部分补偿，其中2x2矩阵的至少一个对角分量的频率响应是基于作为频率的函数的测量和作为频率的负数的函数的测量计算的，其中2x2矩阵的至少一个非对角分量的频率响应是基于作为频率的函数的测量和作为频率的负数的函数的测量计算的 '及 对数字电路进行编程，以实现数字滤波器的2x2矩阵，其中，数字电路当这样被编程时，被配置为至少部分地补偿在该频带上的接收器的I/Q减损。23.如权利要求22所述的计算机系统，其中数字电路是可编程硬件元件或专用集成电路(ASIC)。24.一种用于补偿发送器的I/Q减损的方法，该方法包括: 接收数字同相(I)信号和数字正交(Q)信号； 根据数字滤波器的2x2矩阵对数字I信号和数字Q信号进行滤波，以产生滤波了的数字I信号和滤波了的数字Q信号，其中数字滤波器的2x2矩阵至少部分地预补偿在一个频率范围内的发送器的I/Q减损，其中该2x2矩阵的至少一个对角分量的频率响应是基于作为频率的函数的发送器的I/Q减损的测量和作为频率的负数的函数的测量计算的，其中该2x2矩阵的至少一个非对角分量的频率响应是基于作为频率的函数的测量和作为频率的负数的函数的测量计算的； 把滤波了的数字I信号和数字Q信号转换成模拟形式，以便获得相应的模拟I信号和模拟Q信号； 对模拟I信号和模拟Q信号执行I/Q调制，以产生调制了的模拟信号。25.如权利要求24所述的方法，其中发送器是测试仪器，其中调制了的模拟信号通过信道发送到接收器，其中发送器的I/Q减损的测量不包括接收器的I/Q减损。26.如权利要求24所述的方法，其中所述滤波是在可编程硬件元件(PHE)或专用集成电路(ASIC)中执行的。27.如权利要求24所述的方法，其中所述滤波是响应于程序指令的执行而在处理器中执行的。28.如权利要求24所述的方法，其中数字I信号和数字Q信号携带一个或多个信息位流。29.一种用于补偿发送器的I/Q减损的方法，该方法包括: 接收数字同相(I)信号和数字正交(Q)信号； 根据数字滤波器的2x2矩阵来对数字I信号和数字Q信号进行滤波，以产生滤波了的数字I信号和滤波了的数字Q信号，其中数字滤波器的2x2矩阵至少部分地预补偿在一个频率范围上的发送器的I/Q减损，其中在该频率范围内的任意频率f下的该2x2矩阵的至少一个对角分量的f下的频率响应是仅基于在频率f下的I/Q减损的测量或者仅基于在频率-f下的I/Q减损的测量来计算的，其中在频率f下的该2x2矩阵的至少一个非对角分量的f下的频率响应是仅基于在频率f下的I/Q减损的测量或者仅基于在频率下的I/Q减损的测量来计算的； 把滤波了的数字I信号和数字Q信号转换成模拟形式，以便获得相应的模拟I信号和模拟Q信号； 对模拟I信号和模拟 Q信号执行I/Q调制，以产生调制了的模拟信号。30.如权利要求29所述的方法，其中在频率f下的I/Q减损和在频率下的I/Q减损被约束成使得在f下的I/Q减损由在下的I/Q减损确定，或者使得在频率下的I/Q减损由在f下的I/Q减损确定。31.如权利要求30所述的方法，其中I/Q减损包括增益不平衡和相位歪斜，其中在频率f下的增益不平衡和在频率上的增益不平衡被约束成相等，其中在频率f下的相位歪斜和在频率下的相位歪斜被约束成是彼此的负数。32.如权利要求30所述的方法，其中I/Q减损包括增益不平衡和相位歪斜，其中在频率f下的增益不平衡和在频率下的增益不平衡被约束成相等，其中在频率f下的相位歪斜和在频率下的相位歪斜被约束成相等。33.一种发送器,包括: 数字电路，配置为接收数字同相(I)信号和数字正交(Q)信号，并且根据数字滤波器的2x2矩阵对数字I信号和数字Q信号进行滤波，以产生滤波了的数字I信号和滤波了的数字Q信号，其中数字滤波器的2x2矩阵至少部分地预补偿在一个频率范围内的发送器的I/Q减损，其中该2x2矩阵的至少一个对角分量的频率响应是基于作为频率的函数的发送器的I/Q减损的测量和作为频率的负数的函数的测量来计算的，其中该2x2矩阵的至少一个非对角分量的频率响应是基于作为频率的函数的测量和作为频率的负数的函数的测量来计算的； 数模转换(DAC)单元，配置为把滤波了的数字I信号和数字Q信号转换成模拟形式，以便获得相应的模拟I信号和模拟Q信号； I/Q调制器，配置为对模拟I信号和模拟Q信号执行I/Q调制，以产生调制了的模拟信号。34.如权利要求33所述的发送器，其中发送器是测试仪器，其中调制了的模拟信号通过信道发送到接收器，其中发送器的I/Q减损的测量不包括接收器的I/Q减损。35.如权利要求33所述的发送器，其中数字电路是可编程硬件元件(PHE)或专用集成电路(ASIC)。36.如权利要求33所述的发送器，其中数字电路包括配置为响应于程序指令的执行而执行所述滤波的处理器。37.如权利要求33所述的发送器，其中数字I信号和数字Q信号携带一个或多...

【专利技术属性】
技术研发人员：S·L·达克，D·J·贝克，C·J·比恩克，
申请(专利权)人：美国国家仪器有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US